基于matlab在電路教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：為了提高電路教學(xué)質(zhì)量質(zhì)量，針對(duì)當(dāng)前電路教學(xué)中存在的一些不足，引入了基于Matlab圖形用戶界面GUI仿真的電路教學(xué)方式。實(shí)踐證明，該仿真教學(xué)方式能一定程度地提高提高電路教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電路教學(xué)；仿真；Matlab

電路課程是電類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。熟練掌握電路基本理論知識(shí)不僅是課程教學(xué)的要求，同時(shí)也為后繼課程進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。因此提高電路教學(xué)質(zhì)量對(duì)電類專業(yè)的學(xué)習(xí)具有重要意義。然而當(dāng)前在電路教學(xué)中普遍存在如下問(wèn)題：課程內(nèi)容多，而課時(shí)偏少；教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展困難；課堂上講解多，研究少；啟發(fā)性和互動(dòng)性教學(xué)不夠； 確定性的東西多，變化的東西少，以至于課堂理解學(xué)生課后不會(huì)解題。這些問(wèn)題的存在嚴(yán)重影響了電路課程的教學(xué)以及學(xué)生對(duì)于該課程的掌握。為此，根據(jù)多年的電路教學(xué)實(shí)踐，提出了基于matlab的電路仿真教學(xué)的應(yīng)用。

1 基于Matlab notebook 的教學(xué)方法

將Matlab M語(yǔ)言運(yùn)用于電路分析在教學(xué)實(shí)踐中運(yùn)用較多，但是在把M語(yǔ)言用于教學(xué)實(shí)踐的時(shí)候卻往往忽視了M語(yǔ)言作為程序語(yǔ)言本身的重要特點(diǎn)即實(shí)時(shí)可執(zhí)行性。無(wú)論是利用WORD

還是利用POWWERPOINT教學(xué)人們大多是把M言以純文本的形式展現(xiàn)于學(xué)生面前，學(xué)生們只能夠被動(dòng)去理解教師預(yù)先編寫(xiě)的程序，而教師雖然也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)課堂教學(xué)的需要適時(shí)改變程序，但卻無(wú)法實(shí)時(shí)執(zhí)行改動(dòng)后的程序，故而也就無(wú)從比較前后結(jié)果之間的差異，這樣不但教學(xué)的效果大打折扣，而且課堂教學(xué)也缺少了啟發(fā)互動(dòng)的氛圍?；贛atlab Notebook的教學(xué)方法能夠較好地解決M語(yǔ)言可執(zhí)行性的問(wèn)題，它能夠營(yíng)造一個(gè)融文字編輯科學(xué)計(jì)算和仿真工程設(shè)計(jì)于一體的完美的工作環(huán)境.教師可以在Word 環(huán)境下根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的需要實(shí)時(shí)編寫(xiě)運(yùn)行程序并得出結(jié)果以便同學(xué)們比較分析和理解， 從而實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式互動(dòng)式的教學(xué)目的。

2 基于圖形用戶界面GUI 的教學(xué)方法

圖形用戶界面（ graphical user interfaces，GUI） 是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說(shuō)明等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法（ 如鼠標(biāo)或鍵盤(pán)） 選擇～ 激活這些圖形對(duì)象， 使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作和變化， 比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算或繪圖等，在電路教學(xué)中使用圖形用戶界面GUI能夠達(dá)到以下效果：能夠通過(guò)人機(jī)友好的圖形用戶界面動(dòng)態(tài)展示或演示電路規(guī)律（ 比如上例中時(shí)間常數(shù)z對(duì)零輸入響應(yīng)的影響）；其演示過(guò)程連續(xù)， 成果直觀；學(xué)生通過(guò)觀察、比較，可以加深對(duì)電路規(guī)律的理解和掌握；界面中例如圖形顯示區(qū)域、參數(shù)改變區(qū)域、電路結(jié)構(gòu)顯示區(qū)域等相關(guān)項(xiàng)目不但動(dòng)態(tài)聯(lián)系有機(jī)整合， 而且也可以根據(jù)需要添加項(xiàng)目， 相比其它工具比如Word 或Power Point， 圖形用戶界面GUI 其單位界面?zhèn)鬟f的信息量更大；具有良好的實(shí)時(shí)性和互動(dòng)性。GUI不但可以用于課堂教學(xué)演示， 形成師生互動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍， 而且由于每個(gè)學(xué)生對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題或規(guī)律的理解各異， 因此GUI還特別適合學(xué)生課后專門(mén)對(duì)于某一現(xiàn)象或規(guī)律進(jìn)行研究式、探索式的自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可以根據(jù)各自理解實(shí)時(shí)改變界面設(shè)置的參數(shù)值（ 在合理的參數(shù)范圍內(nèi)） 并由此觀察相關(guān)的變化， 從而有利于各位學(xué)生對(duì)電路基本理論的掌握。

3 基于Simulink 交互式仿真集成環(huán)境的教學(xué)方法

基于Simulink 的教學(xué)方法不但能夠利用Simulink 可視化、模塊化的建模特點(diǎn)， 迅速建立符合習(xí)慣表達(dá)的系統(tǒng)框圖模型， 而且可以實(shí)時(shí)改變模塊參數(shù)并運(yùn)行模型得出仿真結(jié)果， 整個(gè)過(guò)程形象直觀。教師可利用Simulink 方便快捷的特點(diǎn)在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行建模和演示， 這樣既不會(huì)過(guò)多的占用課時(shí)同時(shí)卻大大增強(qiáng)了啟發(fā)式、互動(dòng)性的課堂學(xué)習(xí)氣氛， 也激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)研究探索的熱情。Simulink 具有一個(gè)無(wú)論在教學(xué)中或是研究中都非常優(yōu)秀的特點(diǎn)即可以隨時(shí)改變模塊的參數(shù)并通過(guò)示波器觀察由此帶來(lái)的系統(tǒng)變化。這個(gè)特點(diǎn)可以進(jìn)一步提高課堂上學(xué)生討論和思考問(wèn)題的積極性， 幫助教師擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容， 進(jìn)一步研究復(fù)雜問(wèn)題中不同參數(shù)在系統(tǒng)中所產(chǎn)生的影響及不同參數(shù)間的相互作用關(guān)系。使用Simulink進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真一般需要4個(gè)步驟。第一步，布局：根據(jù)實(shí)際電路在Simulink元件庫(kù)中找到所需元器件的仿真模塊，根據(jù)電路元件的排列順序和電壓電流關(guān)系進(jìn)行布局。第二步，連線：根據(jù)實(shí)際電路元器件進(jìn)行連線。第三步，設(shè)置參數(shù)：按照電路要求設(shè)置各個(gè)元器件的參數(shù)，同時(shí)根據(jù)需求設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境的參數(shù)。第四步，保存并運(yùn)行：當(dāng)仿真進(jìn)度為100%時(shí)，通過(guò)雙擊Display、Scope等顯示元件，即可查看要測(cè)量的的電壓或電流等的仿真曲線。同時(shí)可以通過(guò)多次仿真，從而對(duì)設(shè)置的電路進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

Matlab Notebook、GUI、Simulink 都是Matlab 軟件與電路教學(xué)比較好的結(jié)合方法， 三種方法各有特點(diǎn)， 都能夠在一定程度上克服傳統(tǒng)電路教學(xué)方法的弊端。Matlab 軟件功能強(qiáng)大， 如何在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)一步發(fā)揮Matlab 在電氣類課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)還有待于我們繼續(xù)總結(jié)和探索。

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作者簡(jiǎn)介

戴仁村（1983-），江西南昌人，研究方向：電工電子。